DE19808222A1

DE19808222A1 - Faser-Bragg-Gitter Drucksensor mit integrierbarem Faser-Bragg-Gitter Temperatursensor

Info

Publication number: DE19808222A1
Application number: DE19808222A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bohnert; Hubert Braendle; Patrick Bodor
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-02
Also published as: AU3244099A; DE59910014D1; NO20004276L; BR9908314A; EP1058822B1; NO321400B1; US6563970B1; WO1999044026A1; EP1058822A1; NO20004276D0

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der faseroptischen Druck- und Tem peraturmessung. Sie geht aus von einem faseroptischen Sensor nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Bei der Erdölförderung müssen Bohrlöcher hinsichtlich Druck und Temperatur überwacht werden. Im Bohrloch können die Flüssigkeitsdrücke bis zu 100 MPa (1000 bar) und die Temperaturen bis zu über 200°C betragen. Zur Druckmes sung bis zu ca. 170°C werden häufig elektrische Sensoren eingesetzt, wie z. B. Piezowiderstände, piezoelektrische Elemente, kapazitive Sonden oder Kristall resonatoren. Bekannt ist auch die Verwendung optischer Drucksensoren, die sich durch gute Hochtemperaturtauglichkeit, Korrosionsbeständigkeit und elek tromagnetische Störunempfindlichkeit auszeichnen. Beispiele hierfür sind me chanische Resonatoren, die optisch aktiviert und optisch ausgelesen werden, elastooptische Sensoren, optische Sensoren mit druckempfindlicher Membran oder Fabry-Perot Resonatoren.

Ein optischer Sensor mit Faser-Bragg-Gittern zur Messung von Materialdeh nungen ist z. B. aus dem U. S. Pat. No. 4,761,073 bekannt. Ein Brechungsin dexgitter, welches durch UV-Licht in eine Monomodefaser eingeschrieben ist, wirkt als Reflektor oder Transmissionsfilter mit einer charakteristischen Bragg- Wellenlänge λ_B. Durch longitudinale Faserdehnungen werden Gitterperiode und Brechungsindex geändert und die Bragg-Wellenlänge λ_B verschoben. Die Ausgangssignale sind wellenlängenkodiert und unabhängig von der empfange nen Lichtleistung. Serielles Multiplexen mehrerer Dehnungssensoren ist sehr einfach realisierbar, indem entlang einer Sensorfaser mehrere Bragg-Gitter mit unterschiedlichen Reflexionswellenlängen eingeschrieben sind, deren Signa le spektral getrennt werden können. Es wird vorgeschlagen, Signalstörungen aufgrund thermischer Gitterdehnungen mit Hilfe superponierter Gitter unter schiedlicher Reflexionswellenlängen zu eliminieren. Bekanntermaßen ist Mul tiplexen statt durch wellenlängenselektive auch durch zeitaufgelöste Messungen mit einer gepulsten Lichtquelle möglich. Zur Überwachung von Körperdeforma tionen ist die Sensorfaser typischerweise an der Oberfläche des Körpers befes tigt oder im Körper eingebettet. Der Meßbereich ist bei Dehnungsmessungen mit Bragg-Gittern durch die Faserbruchgrenze eingeschränkt.

Faser-Bragg-Gitter Sensoren zur Messung isotroper Drücke von Flüssigkeiten werden in dem Artikel von M. G. Xu et al., "Optical In-Fibre Grating High Pressure Sensor", Electronics Letters 29 (4), 398-399 (1993), vorgestellt. Die Sensorfaser wird mit dem Bragg-Gitter in ein Hochdruckgefäß eingebracht und unmittelbar dem hydrostatischen Druck eines Fluids ausgesetzt. Die iso trope Druckempfindlichkeit ist jedoch für Bragg-Gitter in Glasfasern außer ordentlich niedrig; die spezifische Braggwellenlängenverschiebung beträgt bei 1550 nm typischerweise nur 0,0003 nm/100 kPa. Zudem ist es wegen der gro ßen Temperaturempfindlichkeit von typischerweise 0,01 nm/°C erforderlich, Temperatureffekte zu kompensieren.

In dem U. S. Pat. No. 5,469,520 wird eine Apparatur zur longitudinalen Kom pression optischer Fasern beschrieben. Die Sensorfaser wird mit den Faser- Bragg-Gittern in mehrere zylinderförmige Ferrule und zwei endseitige Röhr chen eingefädelt und die Ferrule und Röhrchen in einer Nut zwischen zwei mit einander verschraubbaren Metallblöcken gelagert. Die Ferrule sind in der Nut seitlich verschiebbar, ein Röhrchen ist mit den Metallblöcken verbunden und das andere auf einem fahrbaren Schlitten befestigt. Durch Verschieben des Schlittens wird die Faser auf den freien Strecken zwischen den Röhrchen, insbe sondere zwischen den Ferrulen, zusammengepreßt und zugleich durch die Nut ein seitliches Ausweichen verhindert. Wegen der ca. 20fach größeren Druck- als Dehnungsbelastbarkeit von Glasfasern ("fused silica fibers") ist ein sehr großer Druckmeßbereich realisierbar.

Das U. S. Pat. No. 5,042,898 offenbart eine Vorrichtung zur Temperaturstabili sierung von Faser-Bragg-Gittern. Das Faser-Bragg-Gitter ist über einen Spalt zwischen zwei Trägern mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungs koeffizienten gespannt. Die Träger sind an einem gemeinsamen Abstützungs punkt miteinander über ein Abstandsgewinde verschraubt, mit welchem die Spaltbreite bzw. Faservorspannung bzw. Bragg-Wellenlänge einstellbar ist. Die differentielle Faserdehnung zwischen den Faserhalterungen ist genau so dimensioniert, daß die thermisch induzierten Änderungen der Braggwellenlän ge kompensierbar sind. Dies wird durch die Wahl der Trägermaterialien und der Abstände zwischen dem Abstützungspunkt und den Faserhalterungen erreicht. In einer auf Druck beanspruchbaren Ausführungsform ist im Spalt eine Glas kapillare zur Aufnahme des Faser-Bragg-Gitters vorgesehen. Zur Tempera turkompensation sind die Trägermaterialien sowie die Länge, der Innen- und der Außendurchmesser der Glaskapillare aufeinander abzustimmen. Ein sol cherart temperaturstabilisiertes Faser-Bragg-Gitter ist als Wellenlängen standard, zur Stabilisierung der Emissionswellenlänge von Laserdioden oder als Wellenlängenfilter in faseroptischen Sensoren einsetzbar.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Faser-Bragg-Gitter Druck sensor anzugeben, welcher zur wellenlängenkodierten Messung isotroper Drüc ke in Flüssigkeiten oder Gasen geeignet ist und sich durch einen kompakten, für hohe Drücke auslegbaren Transducer auszeichnet. Diese Aufgabe wird er findungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kern der Erfindung ist es nämlich, einen faseroptischen Transducer anzugeben, in dem eine Drucksensorfaser mit einem Faser-Bragg-Gitter mittels Faserhal terungen an Trägern befestigt ist und mindestens ein Träger mit einem Druck körper zur Umsetzung eines allseitigen Drucks eines Mediums in eine longitu dinale Dehnung der Drucksensorfaser ausgerüstet ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt ein Druckübertragungselement (=Trans ducer) mit einem druckbelasteten Innenzylinder und einem unbelasteten Auß enzylinder, die in einem Gehäuse angeordnet sind, deren differentielle Druck dehnung auf eine Sensorfaser übertragen wird und deren differentielle Tempe raturdehnung die Bragg-Wellenlänge der Sensorfaser stabilisiert.

Ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft Varianten des Transducers, bei denen der Außenzylinder zugleich Gehäuse ist und auf Druck beansprucht wird und bei denen die Sensorfaser auch auf Kompression belastbar ist.

Ein drittes Ausführungsbeispiel stellt einen Transducer mit von innen druckbe lastetem Ringzylinder und kraftübertragenden Mittenzylindern zur beidseitigen Dehnung der Sensorfaser dar.

Ein viertes Ausführungsbeispiel stellt einen Transducer mit von außen druck belastetem Stützzylinder und entgegengesetzt druckbelasteten Mittenzylindern zur beidseitigen Druckentlastung der Sensorfaser dar.

Weitere Ausführungsbeispiele betreffen Faserhalterungen und Ferrule zur Fi xierung und Vorspannung der Drucksensorfaser im Transducer.

Ein anderes Ausführungsbeispiel stellt eine serielle, reflexive Multiplexanord nung mehrerer Faser-Bragg-Gitter-Drucksensoren mit unterschiedlichen Bragg-Wellenlängen dar, die über eine gemeinsame Breitbandlichtquelle ge spiesen und wellenlängenselektiv detektiert werden.

Zusätzliche Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination erfindungs wesentlicher Merkmale und aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Faser-Bragg-Gitter-Drucksen sors besteht darin, daß mit dem wellenlängenkodierten Drucksignal eine hohe Meßgenauigkeit, ein großer Druckmeßbereich bis zu 100 MPa und eine große Meßdistanz zwischen passivem Sensorkopf und aktiver Optik und Elektronik realisierbar sind.

Ein weiterer Vorteil des Faser-Bragg-Gitter-Drucksensors besteht darin, daß die Temperaturempfindlichkeit durch einen differentiellen Aufbau des Transducers weitgehend zurückgedrängt und dadurch die Zuverlässigkeit (quasi)statischer Druckmessungen deutlich verbessert werden können.

Sehr vorteilhaft an dem Faser-Bragg-Gitter Drucksensor ist schließlich auch die einfache Kombinierbarkeit mit einem Faser-Bragg-Gitter Temperatursen sor, die einfache Multiplexierbarkeit mehrerer kombinierter Druck- und Tempe ratursensoren und insgesamt die hervorragende Eignung für den Einsatz unter hohen Drücken, hohen Temperaturen und starker Korrosion insbesondere in Erdölbohrlöchern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen für einen faseroptischen temperaturkompensierten Drucksensor mit integriertem Temperatursensor:

Fig. 1a, 1b ein mechanisches Druckübertragungselement (=Transducer) mit druckbelastetem Innenzylinder und unbelastetem Außenzylinder zur differentiellen Dehnung der Sensorfaser;

Fig. 2a, 2b einen Transducer mit entgegengesetzt druckbelastetem Innen- und Außenzylinder zur Druckentlastung (2a) oder zur Kompression (2b) der Sensorfaser;

Fig. 3a einen Transducer mit von innen druckbelastetem Hohlzylinder und kraftübertragenden Mittenzylindern zur beidseitigen Dehnung der Sensorfaser;

Fig. 3b einen Transducer mit von außen druckbelastetem Hohlzylinder und entgegengesetzt druckbelasteten Mittenzylindern zur beidsei tigen Druckentlastung der Sensorfaser;

Fig. 4a-4e Faserhalterungen und Ferrule: (4a) eine angespleißte Glaskapilla re, (4b) eine Glaslot-Verbindung, (4c) ein Klemmferrul, (4d) eine eingespleißte Faser mit dickem Cladding; und (4e) eine Befesti gung der Ferrule am Transducer;

Fig. 5 eine Reflexionsanordnung mehrerer wellenlängenmultiplexierter Druck- und Temperatursensoren.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1a, 1b zeigen schematisch im Querschnitt eine erste Ausführungsform des Sensors 1 oder Druckübertragungselementes (=Transducers) 1. Der Trans ducer 1 enthält eine optische Faser 2, die zwei Abschnitte mit einer Drucksen sorfaser 3 und einer optionalen Temperatursensorfaser 19 mit je einem einge schriebenen Faser-Bragg-Gitter 4, 20 aufweist. Die Drucksensorfaser 3 ist zwischen zwei Faser- oder Ferrulhalterungen 6a, 6b gehaltert und vorgespannt. Die Halterungen 6a, 6b sind über Endplatten 8a, 8b mit Trägern 5a, 5b fest verbunden, so daß deren druck- und temperaturinduzierte Dehnungen auf die Drucksensorfaser 3 übertragbar sind.

Ein erster Träger 5a umfaßt als Mess- oder Druckzylinder 7a einen durch In nendruck dehnbaren Innenzylinder 7a, der eine Öffnung 18 in einer Transducer- Wand 14 und einen Hohlraum 9 mit einer Stempelfläche 8a aufweist. Die Öff nung 18 dient zur Druckaufnahme von einem Medium 11, der Hohlraum 9 zur Druckübertragung mittels eines Fluids 10 und die Stempelfläche 8a zur Druck abgabe an eine Faserhalterung 6a. Bei dem Fluid 10 handelt es sich normaler weise um das Medium 11 selber. Bei allen Transducerausführung (Fig. 1a-3b) kann die Öffnung 18 klein gewählt und eventuell mit einem Druckausgleichs element 29, z. B. einer Membran oder einem Faltenbalg, ausgerüstet sein und als vorzugsweise wenig kompressibles Fluid 10 ein Silikonöl o. ä. vorgesehen sein. Der Innenzylinder 7a ist mit der Wand 14 im Bereich der Öffnung 18 druckdicht verbunden. Das druckisolierte Gehäuseinnere 21 ist günstigerweise mit einem Niederdruckgas, z. B. trockenem Stickstoff bei wenigen 100 mbar, ge füllt. Dadurch ist ein hinreichender Wärmeübergang zwischen dem Medium 11 oder Transducer 1 und dem temperaturempfindlichen Faser-Bragg-Gitter 20 gewährleistet und zugleich der Einfluß temperaturbedingter Gasdruckände rungen im Gehäuseinneren klein gehalten. In weniger anspruchsvollen Anwen dungen kann auch eine Befüllung mit Normaldruck oder Vakuum genügen. Ein zweiter Träger 5b umfaßt einen vom Umgebungsmedium 11 abgeschirmten und daher unbelastbaren Referenzzylinder oder Außenzylinder 7b, der nicht mit dem Fluid 10 in Berührung steht. Die Zylinder 7a, 7b sind an der Transdu cer-Wand 14 befestigt und in einem Transducer-Gehäuse 12 gekapselt. Das Gehäuse 12 besteht vorzugsweise aus einem Gehäusezylinder 13 mit Wänden 14, 15, in die druckdichte Faserdurchführungen 16, 17 eingelassen sind. Zur Terminierung von Faserkabeln außen an den Wänden 14, 15 können nicht dar gestellte Klemmen o. ä. vorgesehen sein.

Die Druck- und Temperaturempfindlichkeit eines Sensors 1 gemäß Fig. 1a, 1b kann durch eine erfindungsgemäße Dimensionierung des Transducers 1 ange paßt und insbesondere optimiert werden. Die druckinduzierte Dehnung ΔL₁ des Innenzylinders 7a mit Länge L₁, Innenradius R_i, Außenradius R_a und Young' schem Elastizitätsmodul E beträgt bei einem Druck p des zu messenden Medi ums 11

ΔL₁ = (p/E).R_i ².L₁/(R_a ²-R_i ²) (G1).

Die Länge L₂ des Außenzylinders 7b bleibt unverändert, so daß die Drucksen sorfaser 3 der Länge 1 eine Dehnung

Δl = ΔL₁ (G2)

erfährt. Glasfasern ("fused silica fibers") zeigen für relative Dehnungen Δl/l bis zu ca. 0,01 ein linear elastisches, hysteresefreies Verhalten. In diesem Bereich ist auch die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge proportional zur Dehnung. Andererseits ist der lineare Elastizitätsbereich für Stahl als typisches Material für einen Innenzylinder 7a auf relative Dehnungen ΔL₁/L₁ ≦ 0,001 beschränkt. Für einen großen Druckmeßbereich mit hoher Auflösung sollen daher die Deh nungsgrenze Δl/l ≦ 0,01 der Drucksensorfaser 3 voll ausgeschöpft sein, d. h. die Beziehung

p_max.L₁/l = 0,01.E.(R_a ²-R_i ²)/R_i ² (G3)

mit p_max = Maximaldruck gelten, und die Dehnungsgrenze ΔL₁/L₁ ≦ 0,001 des Innenzylinders 7a oder Transducers 1 eingehalten sein. Hierzu ein quantitatives Beispiel: p_max = 100 MPa, E = 1,96.10¹¹ Pa, R_a = 4 mm, R_i = 2,8 mm. Dann ist das Längenverhältnis von Innenzylinder 7a zu Drucksensorfaser 3 oder das Deh nungsübersetzungsverhältnis L₁/l = 20 zu wählen, beispielsweise 1 = 15 mm und L₁ = 30 cm. Für die gegebenen Parameter beträgt die Deformation des Innenzy linders 7a longitudinal 0,5.10^-3 und tangential

ΔL_t/L_t = 2.(p/E).R_a ²/(R_a ²-R_i ²) = 1,5.10^-3 (G4)

und bleibt damit im elastischen Bereich.

Die Erfindung betrifft auch eine Kompensation thermisch induzierter Bragg - Wellenlängenverschiebungen der Drucksensorfaser 3 durch eine entgegen gesetzte differentielle thermische Ausdehnung der Zylinder 7a, 7b. Im einfach sten Fall gemäß Fig. 1a werden die Zylinder 7a, 7b aus zwei Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₁ und α₂ gewählt. Die Dimensionierung der Zylinderlängen L₁ und L₂ erfolgt wie in dem eingangs erwähnten U. S. Pat. No. 5,042,898. Die relativen Bragg-Wellenlängenver schiebungen durch Temperatur (Δλ_B)_T/λ_B und durch temperaturinduzierte Fa serdehnung (Δλ_B)_ε/λ_B sollen einander kompensieren, d. h. entgegengesetzt gleich groß sein

(Δλ_B)_T/λ_B =-(Δλ_B)_ε/λ_B (G5)

Hieraus ergibt sich mit Hilfe der Gleichungen

(Δλ_B)_T/λ_B = 6,67.10^-6 °C^-1, (G6)

(Δλ_B)_ε/λ_B = 0,78.Δ_εT und (G7)

Δ_εT = [(α₁.L₁-α₂.L₂-α_f.l)/l].ΔT (G8)

wobei α_f = 0,5.10^-6 °C^-1 = thermische Ausdehnung der Drucksensorfaser 3, die Dimensionierungsvorschrift für die Zylinder 7a, 7b

(α₂.L₂-α₁.L₁)/l = 8,0.10^-6 °C^-1 (G9)

wobei l = L₁-L₂. Unter der Annahme 1 = 15 mm, L₁ = 30 cm und somit L₂ = 28,5 cm findet man für α₁ = 12,4.10^-6 °C^-1 den erforderlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Außenzylinders 7b zu α₂ = 13,5. 10^-6 °C^-1. Ins besondere muß die Faserdehnung Δ_εT mit zunehmender Temperatur und bei konstantem Druck abnehmen. Die Vorspannung soll daher so groß gewählt sein, daß die Drucksensorfaser 3 auch bei den höchsten Betriebstemperaturen und verschwindendem Druck noch unter mechanischer Spannung steht.

Dieser Transducer 1 zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilität, gerin ge Temperaturempfindlichkeit und einfache Herstellbarkeit aus. Vorzugsweise bestehen die Zylinder 7a, 7b aus rostfreiem Stahl. Geeignete Transducermateria lien sollen neben linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gemäß Glei chung (G9) auch eine geringe Nichtlinearität der thermischen Ausdehnung und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Diese Anforderungen sind beson ders wichtig bei Sensoren für Ölbohrlöchern, da ein großer Temperaturbereich (0°C-230°C) abgedeckt werden muß und extrem starke Korrosionsgefahr be steht. Somit ist die Auswahl an Stählen auf wenige, extrem korrosionsbeständige Sorten eingeschränkt und in vielen Fällen ist die passive Temperaturkompensa tion nicht oder nur unvollständig durchführbar.

In Fig. 1b ist eine Variante des Transducers 1 angegeben, welche auch bei ein geschränkter Materialauswahl eine vollständige Temperaturkompensation er laubt. Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, einen oder beide Zylinder 7a, 7b aus zwei oder mehreren Segmenten mit wählbarer Länge und unterschiedli chen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zusammenzusetzen und auf diese Weise die differentielle Ausdehnung der Zylinder 7a, 7b maßzuschneidern. Ins besondere ist der Innenzylinder 7a wie zuvor einstückig und der Außenzylinder 7b zweistückig ausgelegt. Das Segment 22 bestehe beispielsweise aus dem glei chen Stahltyp wie der Innenzylinder 7a. Es habe eine Länge L₂' und den Aus dehnungskoeffizienten α₁. Das Segment 23 bestehe aus einem anderen Stahltyp, habe eine Länge L₂'' und einen Ausdehnungskoeffizienten α₂. In diesem Fall gel ten neu die Beziehungen

(α₂.L₂''-α₁.(L₂'' + l)/l = 8,0.10^-6 °C^-1, (G10)

L₂ = L₂' + L₂''. (G11).

Für eine vollständige Temperaturkompensation sollen also bei gegebenen Aus dehnungskoeffizienten α₁, α₂ und Drucksensorfaserlänge l die Segmentlängen L₂'', L₂' des Außenzylinders 7b gemäß den Gleichungen (G10), (G11) gewählt sein, wobei die Innenzylinderlänge L₁ = l + L₂ ist. Bevorzugt ist eine Nickel-Ba sislegierung (z. B. "Hastealloy C-22" der Firma Hynes International mit α₁ = 12,4.10^-6 °C^-1) mit einem Chrom-Nickelstahl (z. B. "AISI 304" mit α₂ = 17,0. 10^-6 °C^-1) kombinierbar. Im obigen Beispiel mit 1 = 15 mm und L₁ = 30 cm sind dann L₂' = 6,65 cm und L₂'' = 21,85 cm zu wählen.

Vorzugsweise ist in den Fig. 1a und 1b und allgemein bei allen offenbarten Transducern 1 eine Temperatursensorfaser 19 mit einem nicht vorgespannten Faser-Bragg-Gitter 20 vorgesehen. Die Temperaturinformation, die aus der temperaturinduzierten Bragg-Wellenlängenverschiebung gewonnen wird, kann außer zur Überwachung der Umgebungstemperatur auch zur elektroni schen Kompensation einer Resttemperaturabhängigkeit der Druckmessung die nen.

Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform des Transducers 1 ohne Kapselung 12. Der Transducer 1 ist ganz analog wie zuvor aufgebaut, wobei jedoch der Außenzy linder 7b zugleich als Gehäuse 12 fungiert. Sowohl der Innenzylinder 7a als auch der Außenzylinder 7b besitzen Stempelflächen 8a und 8b, die auf entge gengesetzten Druck von außen beanspruchbar sind. Das Volumen 21 zwischen den Zylindern 7a, 7b ist druckdicht verschlossen und wie zuvor vorzugsweise mit Niederdruckgas gefüllt. Die Faser 2 erstreckt sich entlang der Achse der konzentrischen Zylinder 7a, 7b und bildet wiederum eine Drucksensorfaser 3 und insbesondere eine Temperatursensorfaser 19 mit den zugehörigen Faser - Bragg-Gittern 4, 20. Die Faserhalterungen 6a, 6b für die Drucksensorfaser 3 sind im Zentrum der Stempelflächen 8a, 8b befestigt und können zugleich als druckdichte Faserdurchführungen 16, 17 ausgeführt sein. Die Faservorspan nung ist groß genug gewählt, um den gewünschten Druck- und Temperaturbe reich abzudecken. Bevorzugt ist die Temperatursensorfaser 19 vor dem Medium 11 durch eine Kapillare 24 geschützt, die durch Verstrebungen 25 gehaltert und am äußeren Ende mit nicht dargestellten Faserkabel-Klemmen ausgestattet sein kann.

Dieser Transducer 1 zeichnet sich dadurch aus, daß die entgegengesetzte Druckdehnung der Stempelflächen 8a, 8b eine beidseitige Druckentlastung der Sensorfaser 3 und damit bei unveränderten Zylinderdimensionen, insbesondere bei konstanten Verhältnissen von Innen- zu Außenradien, eine doppelte Druck empfindlichkeit bewirkt. Alternativ ist die gleiche Bragg-Wellenlängenver schiebung pro Druck bei halber Länge L₂ des Transducers 1 erreichbar. Dar überhinaus kann der Durchmesser des Transducers 1 ohne Gehäuse 12 sehr klein gewählt sein, was für den Einsatz in Bohrlöchern von großer Bedeutung ist. Zudem ist bei Transducern 1 nach Fig. 2a oder 2b eine Temperaturkompen sation durch eine maßgeschneiderte differentielle Ausdehnung der Zylinder 7a, 7b gemäss Fig. 1a oder 1b erzielbar.

Fig. 2b stellt eine Variante zu Fig. 2a dar, bei welcher die Drucksensorfaser 3 auf Kompression belastbar ist. Für diesen Zweck ist im Gehäuseinneren 21 ein vorzugsweise zylindrischer Block 26 mit einer Bohrung 27 angeordnet, der zur Aufnahme der Drucksensorfaser 3 mit dem Faser-Bragg-Gitter 4 dient. Der Bohrlochdurchmesser ist etwas größer als der Faserdurchmesser gewählt, so daß die Faser longitudinal verschiebbar ist, jedoch unter Kompression nicht seitlich ausweichen kann. Wegen der großen Druckfestigkeit der Faser 3 sind ein sehr großer Meßbereich und ein hohes Auflösungsvermögen realisierbar. Grundsätzlich kann jede Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transdu cers 1, bei welcher die Sensorfaser 3 druckentlastet wird (Fig. 2a, 2b, 3b) oder unter Vorkompression gesetzt werden kann (Fig. 1a, 1b, 3a), mit einer solchen Kompressionsanordnung 26, 27 ausgerüstet sein.

Fig. 3a stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transducers 1 dar. Die zwei Träger 5a, 5b zur Befestigung der Faserhalterungen 6a, 6b sind hier zu ei nem gemeinsamen Hohl- oder Ringzylinder 7c zusammengefügt und stützen sich gegeneinander ab. Somit umfassen die Träger 5a, 5b als Druckzylinder 7c den durch Innendruck dehnbaren Ringzylinder 7c sowie separate Halterungen 28a, 28b, insbesondere symmetrisch angeordnete Mittenzylinder 28a, 28b, über welche die Faserhalterungen 6a, 6b mit dem Ringzylinder 7c in Wirkverbindung stehen. Insbesondere weist der Ringzylinder 7c einen Hohlraum 9 mit einer Öffnung 18 seitlich in der Zylinderaußenwand und endseitigen Stempelflächen 8a, 8b in Form ringförmiger Zylinderdeckel 8a, 8b auf. Der Ringzylinder 7c ist mit dem Gehäusezylinder 13 im Bereich der Öffnung 18 druckdicht verbunden und über Positionierungselemente 30 im Transducer-Gehäuse 12 gelagert. Das Gehäuseinnere 21 außerhalb des Ringzylinders 7c ist vorzugsweise mit einem Niederdruckgas gefüllt. Alternativ kann ein Gas oder Luft z. B. unter Normal druck oder Vakuum vorgesehen sein. Die optische Faser 2 erstreckt sich entlang der Achse des Ringzylinders 7c und ist im Bereich der Drucksensorfaser 3 zwi schen den Faserhalterungen 6a, 6b gespannt. Mit Vorteil ist eine nicht vorge spannte Temperatursensorfaser 19 mit einem Faser-Bragg-Gitter 20 in einem Mittenzylinder 28a untergebracht. Wie zuvor sind druckdichte Faserdurchfüh rungen 16, 17 in den Gehäusewänden 14, 15 vorgesehen.

Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß beide Träger 5a; 5b ei nen gemeinsamen Druckkörper 7c haben. Die durch Innendruck verursachte Längenänderung des Ringzylinders 7c wird von den starren Mittenzylindern 28a, 28b in eine (absolut) gleichgroße Längenänderung der Drucksensorfaser 3 umgesetzt. Die Innen- und Außenwand des Ringzylinders 7c erfahren gleich große Dehnungen, wenn die Zylinderdeckel 8a, 8b hinreichend steif sind. Dar überhinaus ist eine symmetrische Belastung des Ringzylinders 7c durch eine geeignete Wahl der Wandstärken realisierbar.

Zur Kompensation temperaturinduzierter Bragg-Wellenlängenverschiebungen stehen nun die Längen und Ausdehnungskoeffizienten des Ringzylinders 7c (L₁, α₁) und der Mittenzylinder 28a (L₂', α₁) und 28b (L₂'', α₂) als Parameter zur Ver fügung. Selbstredend können die Mittenzylinder 28a, 28b auch jeweils aus Segmenten mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten α₁ und α₂ zusam mengesetzt sein, wobei L₂' bzw. L₂'' die Gesamtlängen der Mittenzylinder-Seg mente mit α₁ bzw. α₂ bezeichnen. Die thermische Dehnung der Mittenzylinder 28a, 28b bewirkt die erwünschte Entlastung der Faser 3 mit zunehmender Temperatur und wirkt der thermischen Dehnung des Ringzylinders 7c entge gen. Daher gelten für die Temperaturkompensation wiederum die erfindungs gemäßen Gleichungen G10 und G11 und für den Spezialfall, daß beide Mitten zylinder 28a, 28b den gleichen Ausdehnungskoeffizient α₂ haben, Gleichung G9. In dieser Ausführungsform ist die Druckempfindlichkeit im Vergleich zu Fig. 1a, 1b halbiert, da der Öldruck den doppelwandigen Ringzylinder 7c strecken muß. Die Vorspannung kann gleich wie bei Fig. 1a, 1b gewählt sein. Vorteilhaft ist es, daß die Sensorfaser 3, 19 entlang der Transducerachse geführt ist und keine Kapillare 24 oder ähnlichen Schutz gegen das Öl 11 benötigt.

Fig. 3b zeigt eine Variante des Transducers 1 aus Fig. 3a. Anstelle des Ringzy linders 7c umfassen die Träger ein durch Außendruck komprimierbares Stütz rohr 7d, insbesondere einen Hohl- oder Stützzylinder 7d, und durch Außendruck dehnbare Mittenzylinder 28a, 28b. Insbesondere weist der Stützzylinder 7d end seitig Stempelflächen 8a, 8b auf, die im Bereich der Achse nach innen versetzt sind und dadurch die Mittenzylinder 28a, 28b bilden. Die Faserhalterungen 6a, 6b sind vorzugsweise an den Stempelflächen 8a, 8b der Mittenzylinder 28a, 28b befestigt. Der Druckaustausch der Druckzylinder 7d, 28a, 28b mit dem Medium 11 erfolgt wie zuvor über eine Öffnung 18, die gegebenenfalls mit einer Membran 29 o. ä. geschützt ist. Der druckdicht geschlossene Stützzylinder 7d ist nun im Innern 21 vorzugsweise mit Niederduckgas gefüllt und wieder über Positionie rungselemente 30 im Gehäuse 12 gelagert. Die Anordnung der Fasern 2, 3, 19 ist unverändert. Zum Schutz der Faser 2, 19 im Fluid 10 oder Medium 11 kann eine Kapillare 24 vorgesehen sein. Unter Druck werden der Stützzylinder 7d kompri miert, die Mittenzylinder 28a, 28b gedehnt und die Drucksensorfaser 3 durch die Summe beider Deformationen entlastet. Wie in Fig. 2a ist die Faservorspannung dem gewünschten Druck- und Temperaturbereich anzupassen und es kann eine nicht dargestellte Kompressionsanordnung 26, 27 realisiert sein. Analog zu Fig. 1b können das Gehäuse 12 samt Positionierungselementen 30 entfallen. Für die Temperaturkompensation gelten die gleichen Überlegungen wie bei dem Trans ducer 1 nach Fig. 3a.

Ein Vorteil dieses Transducers 1 ist die im Vergleich zu Fig. 3a ca. vierfache Druckempfindlichkeit. Diese folgt einerseits aus der gleichgerichteten Dehnung der Zylinder 7d, 28a, 28b und andererseits aus der ungefähr doppelten Elastizität des Stützzylinders 7d gegenüber einem gleich dimensionierten Ringzylinder 7c.

Zusammenfassend zeigen die Fig. 1-3 Ausführungsbeispiele eines faseropti schen Sensors 1, der insbesondere zur Druck- und Temperaturmessung in Erdöl bohrlöchern geeignet ist. Der Sensor 1 umfaßt einen Transducer 1 mit Faserhal terungen 6a, 6b für eine Drucksensorfaser 3, die mindestens ein Faser-Bragg- Gitter 4 aufweist, wobei die Faserhalterungen 6a, 6b an mindestens einem Trä ger 5a, 5b montiert sind. Erfindungsgemäß umfaßt mindestens ein Träger 5a, 5b einen Druckkörper 7a-7d, 28a, 28b, welcher zur Umsetzung eines allseitigen Drucks eines Umgebungsmediums 11 in eine longitudinale Dehnung oder Kom pression der Drucksensorfaser 3 geeignet ist. Als Medium 11 kommen u. a. eine Flüssigkeit, ein Gas, ein Flüssigkeits-Gas Gemisch oder feiner Sand in Frage. Insbesondere ist der Druckkörper ein Druckzylinder 7a-7d, 28a, 28b und weist einen Hohlraum 9 mit einer Öffnung 18 und einer Stempelfläche 8a, 8b auf, die mit einer Faserhalterung 6a, 6b in Wirkverbindung steht. Bevorzugt umfaßt der Transducer 1 eine druckisolierte Kammer 21, 24 mit druckdichten Faser durchführungen 16, 17 für die Drucksensorfaser 3 und sind genau zwei Träger (5a, 5b) vorgesehen, die aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₁, α₂ bestehen oder zusammengesetzt sind, wobei eine differentielle thermische Ausdehnung zwischen den Trägern 5a, 5b einer thermisch induzierten Verschiebung der Bragg-Wellenlänge λ_B der Drucksen sorfaser 3 entgegenwirkt. Mit Vorteil ist die differentielle thermische Ausdeh nung zwischen den beiden Trägern 5a, 5b, insbesondere den Zylindern 7a, 7b oder den Mittenzylindern 28a, 28b, kontinuierlich wählbar, indem mindestens einer der Träger 5a, 5b aus mindestens zwei Segmenten 22, 23 mit unterschied lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α₁, α₂ und vorgebbaren Längen L₂', L₂'' zusammengesetzt ist. Auch kann eine gemeinsame Sensorfaser 3, 19 so wohl die Drucksensorfaser 3 als auch eine Temperatursensorfaser 19 mit einem Faser-Bragg-Gitter 20 aufweisen. Schließlich sind auch Transducer 1 mit vielfältigen anderen Formen und Anordnungen von Druckkörpern möglich, durch welche Druckkörper isotroper Druck in longitudinale Dehnung oder Kom pression der Drucksensorfaser 3 umgesetzt wird.

Allen Transducern 1 ist beim Einsatz in Ölbohrlöchern das Problem der Eindif fusion von Gasen, insbesondere von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, in das Gehäuseinnere 21 oder in die Kapillare 24 gemeinsam. Es können hohe Wasserstoff-Partialdrücke bis zu 20 bar auftreten. In den Fasern 3, 19 verur sacht Wasserstoff optische Verluste, Brechungsindexänderungen und damit stö rende Verschiebungen der Bragg-Wellenlänge λ_B. Ein erfindungsgemäßer Schutz der Sensorfasern 3, 19 besteht darin, die nicht mit dem Öl 11 in Kontakt stehenden Transducerflächen, insbesondere das Gehäuseinnere 21 und/oder die Kapillare 24, vorzugsweise mit Gold zu beschichten.

Fig. 4 zeigt Ausführungsbeispiele zu Ferrulen 32. Die Verankerung der Druck sensorfaser 3 in den Ferrulen 32 ist sehr kritisch, da die Genauigkeit und Lang zeitstabilität des Sensors 1 durch Kriechen der Faser 3 beeinträchtigt wird. In Fig. 4a ist die Faser 3 mit einer konzentrischen Glaskapillare verschmolzen, die beispielsweise durch eine Klebung 33 in einem Ferrul 32 befestigtbar ist. Gege benenfalls sind mehrere Glaskapillare übereinander gespleißt. In Fig. 4b ist die Faser 3 durch Glaslot 34 mit dem Ferrul 32 verbunden. Das Ferrul 32 kann auch an mindestens einer Seite offen sein, um einen kontrollierten, gleichmäßigen Auftrag mit Glaslot 34 sicherzustellen. In Fig. 4c ist ein Klemmferrul 32 angege ben, bei welchem ein Vollzylinder aus Weichmetall 35 durch Anpressen eines Hohlzylinders aus Hartmetall 36 an der Faser 3 fixiert ist. Vorteilhafterweise ist die Anpressung in der Ferrulmitte am stärksten, um einen nach außen abneh menden longitudinalen Streß auf die Faser 3 zu erzielen. In Fig. 4d ist in die Sensorfaser 3 ein Faserstück mit ähnlichem Durchmesser des Faserkerns 38a und dickerer Faserhülle ("cladding") 38b über Spleiße 37 eingefügt, welches sehr einfach in einem Ferrul 32 fixierbar ist. Eine andere, nicht dargestellte Lösung besteht darin, die Drucksensorfaser 3 mit einem hochtemperaturstabilen Kleb stoff, z. B. auf Polyimidbasis, in eine V-Nut zu kleben. Fig. 4e zeigt schließlich, wie die vorzugsweise zylindrischen oder konischen Ferrule 32 in oder an Ferrul halterungen 6a, 6b befestigtbar sind. Eine besonders platzsparende Lösung be steht darin, die Faserhalter 6a, 6b selber mit einer Bohrung zur Aufnahme der Faser 3 zu versehen oder sie als Ferrule 32 auszugestalten.

Fig. 5 zeigt einen Gesamtaufbau eines quasiverteilten Druck- und Temperatur sensors 48. Beispielhaft ist eine Wellenlängen-Multiplexanordnung mit mehre ren, seriell hintereinander geschalteten und in Reflexion betriebenen Transdu cern 1 gezeigt. Die Transducer 1 haben unterschiedliche Bragg-Wellenlängen λ_B ⁽ⁱ⁾ ihrer Faser-Bragg-Gitter zur Druckmessung 4 und Temperaturmessung 20. Die Transducer 1 stehen mit einer Breitbandlichtquelle 40 und einer Detekti onseinheit 43 vorzugsweise über einen Faserkoppler 42 in optischer Verbindung. Insbesondere sind Zuführungsfasern 41a-41d zur Überbrückung der optischen Strecken zwischen der aktiven Sensoroptoelektronik 40, 43, 47 und den Transdu cern 1 vorgesehen. Die Detektionseinheit 43 weist einen Wellenlängendemulti plexer 44 und einen Detektor 45 auf, der typischerweise über eine elektrische Signalleitung 46 mit einer Auswerteelektronik 47 verbunden ist. Der Wellenlän gendemultiplexer 44 kann ein abstimmbares Spektralfilter, z. B. ein abstimm bares Fabry-Perot Interferenzfilter oder ein abstimmbarer akustooptischer Mo dulator, sein. Die Spektralbreite des Filters soll vergleichbar mit derjenigen der Faser-Bragg-Gitter 4, 20 und vorzugsweise kleiner sein. Die Transducer 1 werden von der Photodiode 45 individuell detektiert, indem das Filter auf die zugehörigen Bragg-Wellenlänge λ_B ⁽ⁱ⁾ durchgestimmt wird. Die Fasern 2, 3, 19, 41a-41d können von beliebigem Typus sein. Bevorzugt sind die Sensorfasern 3, 19 mit den Faser-Bragg-Gittern 4, 20 monomodig.

Als Breitbandlichtquelle 40 für die dargestellte serielle Wellenlängenmultiplex anordnung 48 sind mit seltenen Erden dotierte Faserlaser, Lumineszenzdioden ("LED") und Superlumineszenzdioden ("SLD") besonders geeignet. Der spektrale Emissionsbereich umfaßt die Bragg-Wellenlängen λ_B(⁽¹⁾, . . . λ_B(⁽²ⁿ⁾ der n Trans ducer 1 im gesamten Druck-und Temperatur-Abstimmbereich. Die individuel len Abstimmbereiche sollen nichtüberlappend sein. Für große Faserstrecken 41a-41d im mehrere km-Bereich ist eine zentrale Wellenlänge von 1550 nm für minimale Verluste vorteilhaft. Die typische spektrale Breite beträgt dann ± 25 nm. Es sei eine maximale Dehnung des temperaturkompensierten Druck sensor Faser-Bragg-Gitters 4 von 0,005 und ein Temperaturbereich von 230°C angenommen. Die zugehörigen Abstimmbereiche betragen dann für die Druckmessung 6 nm und die Temperaturmessung 2,3 nm. Mit Sicherheitsmar gen benötigt ein Transducer 1 daher ein Wellenlängenfenster von ca. 10 nm und die maximale Anzahl wellenlängenmultiplexierbarer Druck- und Temperatur transducer 1 ist auf fünf beschränkt. Zur Erhöhung dieser Anzahl sind alterna tiv oder ergänzend zum Wellenlängenmultiplexen andere Multiplexverfahren, z. B. Zeitmultiplexen oder die Verwendung faseroptischer Schalter, möglich. Zu dem sind auch parallele oder netzwerkartige Konfigurationen von reflexiv und/ oder transmissiv auszulesenden Transducern 1 auf einfache Weise realisierbar.

Insgesamt offenbart die Erfindung einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor 1, 48 mit verschiedenen Transducern 1 zur Umsetzung des hydrostatischen Drucks eines flüssigen oder gasförmigen Mediums 11 in eine longitudinale Faserdeh nung oder Faserkompression. Temperaturkompensierte Transducer 1 mit stabi ler Bragg-Wellenlänge λ_B sind dadurch realisierbar, daß eine geeignete Tem peraturabhängigkeit der mechanischen Vorspannung der Drucksensorfaser 3 durch die Wahl der Materialien, Längen und Anordnungen der Faserhalter- Träger 5a, 5b eingeführt wird. Ergänzend oder alternativ zur passiven Tempe raturkompensation ist eine aktive Temperaturmessung mit einem zusätzlichen Faser-Bragg-Gitter 20 und einer Drucksignalkorrektur möglich. Die Trans ducer 1 sind für den Einsatz bei hohen Drücken und Temperaturen sehr geeig net.

Bezugszeichenliste

1

Faseroptischer Druck- und Temperatursensor (Transducer)

2

optische Faser

3

,

19

Sensorfaser(n)

3

Sensorfaserabschnitt, Drucksensorfaser

4

Faser-Bragg-Gitter (für Druckmessung)

5

a,

5

b Träger

6

a,

6

b Faserhafterungen, Ferrulhalterungen

7

a-

7

d Druckkörper, Druckzylinder

7

a Innenzylinder

7

b Referenzzylinder; Außenzylinder

7

c Ringzylinder

7

d Stützzylinder

8

a,

8

b Stempelflächen, Endplatten, Zylinderdeckel

9

Hohlraum

10

Fluid, Silikonöl; Medium

11

Medium

12

Transducer-Gehäuse

13

Gehäusezylinder

14

,

15

Transducer-Wand, Gehäusewand

16

,

17

druckdichte Faserdurchführungen

18

Öffnung

19

Sensorfaserabschnitt, Temperatursensorfaser

20

Faser-Bragg-Gitter (für Temperaturmessung)

21

Gehäuseinneres, Zylinderinneres, Niederdruckgas

22

,

23

Außenzylindersegmente

24

Kapillare

25

Verstrebung

26

Block

27

Bohrung

28

a,

28

b Halterungen, Mittenzylinder

29

Druckausgleichselement, Membran, Faltenbalg

30

Positionierungselemente

31

Glaskapillare (aufgeschmolzen)

32

Ferrule

33

Klebung

34

Glaslot

35

Weichmetall

36

Hartmetall

37

Spleiße

38

a Faserkern

38

b Faserhülle ("cladding")

39

Faserzwischenstück

40

Breitbandlichtquelle

41

a-

41

d Zuführungsfasern

42

Faserkoppler

43

Detektionseinheit

44

Wellenlängendemultiplexer, (abstimmbares) Spektralfilter

45

Detektor, Photodiode

46

Signalleitung

47

Auswerteelektronik

48

Gesamtsensor
l Länge der Drucksensorfaser
Δl Dehnung der Drucksensorfaser
L₁

Länge des Druckzylinders
L₂

Länge des Referenzzylinders
L₂

', L₂

'' Teillängen des Referenzzylinders
ΔL₁

Dehnung des Druckzylinders
R_i

Innenradius des Druckzylinders
R_a

Außenradius des Druckzylinders
E Young' scher Elastizitätsmodul des Druckzylinders
p Meßdruck
p_max

maximaler Meßdruck
T Temperatur
α₁

, α₂

, α_f

thermische Ausdehnungskoeffizienten
Δε_T

thermisch induzierte Faserdehnung
λ_B

, λ_B ⁽ⁱ⁾

Bragg-Wellenlänge
(Δλ_B

)_T

, (Δλ_B

)_ε

Bragg-Wellenlängenverschiebungen
i, n Indizes

Claims

1. Faseroptischer Sensor (1, 48), insbesondere geeignet zur Druck- und Tem peraturmessung in Erdölbohrlöchern, umfassend einen Transducer (1) mit Faserhalterungen (6a, 6b) für eine Drucksensorfaser (3), die mindestens ein Faser-Bragg-Gitter (4) aufweist, wobei die Faserhalterungen (6a, 6b) an mindestens einem Träger (5a, 5b) montiert sind, dadurch gekennzeich net, daß mindestens ein Träger (5a, 5b) einen Druckkörper (7a-7d, 28a, 28b) zur Umsetzung eines allseitigen Drucks eines Mediums (11) in eine longitudinale Dehnung oder Kompression der Drucksensorfaser (3) um faßt.

2. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Transducer (1) eine druckisolierte Kammer (21, 24) mit druckdich ten Faserdurchführungen (16, 17) für die Drucksensorfaser (3) um faßt,
b) genau zwei Träger (5a, 5b) vorgesehen sind, die aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α₁, α₂) be stehen oder zusammengesetzt sind,
c) eine differentielle thermische Ausdehnung zwischen den Trägern (5a, 5b) einer thermisch induzierten Verschiebung der Bragg-Wellen länge (λ_B) der Drucksensorfaser (3) entgegenwirkt und
d) insbesondere mindestens einer der Träger (5a, 5b) aus mindestens zwei Segmenten (22, 23) mit unterschiedlichen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten und vorgebbaren Längen zusammengesetzt ist.

3. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) eine Sensorfaser (3, 19) sowohl die Drucksensorfaser (3) als auch eine Temperatursensorfaser (19) umfaßt und
b) die Temperatursensorfaser (19) ein Faser-Bragg-Gitter (20) aufweist.

4. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) der Druckkörper ein Druckzylinder (7a-7d, 28a, 28b) ist,
b) der Druckzylinder (7a-7d) einen Hohlraum (9) mit einer Öffnung (18) und mindestens einer Stempelfläche (8a, 8b) aufweist und
c) die Stempelfläche (8a, 8b) mit einer Faserhalterung (6a, 6b) in Wirk verbindung steht.

5. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein erster Träger (5a) als Druckzylinder einen durch Innendruck dehn baren Innenzylinder (7a) umfaßt,
b) ein zweiter Träger (5b) einen von einem Umgebungsmedium (11) ab geschirmten Außenzylinder (7b) umfaßt,
c) die Zylinder (7a, 7b) an einer Transducer-Wand (14) befestigt und in einem Transducer-Gehäuse (12) gekapselt sind.

6. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein erster Träger (5a) als Druckzylinder einen durch Innendruck dehn baren Innenzylinder (7a) umfaßt,
b) ein zweiter Träger (5b) einen durch Außendruck komprimierbaren Außenzylinder (7b) umfaßt und
c) die Zylinder (7a, 7b) an einer Transducer-Wand (14) befestigt sind.

7. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Träger (5a, 5b) als Druckzylinder einen durch Innendruck dehnba ren Ringzylinder (7c) umfassen,
b) der Ringzylinder (7c) über Positionierungselemente (30) in einem Transducer-Gehäuse (12) gelagert ist und
c) die Faserhalterungen (6a, 6b) über Mittenzylinder (28a, 28b) mit dem Ringzylinder (7c) in Wirkverbindung stehen.

8. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Träger (5a, 5b) einen durch Außendruck komprimierbaren Stütz zylinder (7d) und durch Außendruck dehnbare Mittenzylinder (28a, 28b) umfassen und
b) die Faserhalterungen (6a, 6b) an den Stempelflächen (8a, 8b) der Mit tenzylinder (28a, 28b) befestigt sind.

9. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) mehrere Transducer (1) unterschiedlicher Bragg-Wellenlänge (λ_B ⁽ⁱ⁾) mit einer Breitbandlichtquelle (40) und einer Detektionseinheit (43) vorzugsweise über einen Faserkoppler (42) in optischer Verbindung stehen und
b) die Detektionseinheit (43) einen Wellenlängendemultiplexer (44) und einen Detektor (45) aufweist, der mit einer Auswerteelektronik (47) verbunden ist.

10. Faseroptischer Sensor (1, 48) nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) zur Aufnahme der Drucksensorfaser (3) ein Block (26) mit einer Boh rung (27) vorgesehen ist,
b) der Druckkörper (7a-7d, 28a, 28b) mit einem Fluid (10), insbesondere Silikonöl, gefüllt ist und
c) die druckisolierte Kammer (21, 24) unter Niederdruckgas oder Vakuum steht.